国际合作助格莱特研究所青年学者突破非晶领域逾四十年难题

2017-03-21 09:18:05来源:格莱特纳米科技研究所作者:兰司 王经涛编辑:崔玉萌阅读:88设置


1959年美国加州理工大学研究者首次发现非晶合金(又称金属玻璃或液态金属)以来,其优异的性能引起人们的广泛关注,在变压器、医疗器械、运动器材、电讯产品等诸多领域有广泛的应用前景。然而,每一种常用的晶体材料合金体系都有确定的相图,依据相图可以方便地调控其组织结构,获得理想的综合性能。非晶合金由于其纷繁复杂的原子结构(短程有序、长程无序),使其相变问题成为困扰学界逾四十年的难题。我校格莱特纳米科技研究所(HGI)青年教师兰司(第一作者)与香港城市大学王循理教授通过与中、美、澳、日等国科学家深度合作,采用原位中子散射、同步辐射高能X-射线衍射等先进的实验手段,探明了非晶合金中潜在相变过程的微观机制,为通过常规热处理手段调控非晶合金的结构提供了新的思路。文章于2017317日发表在《Nature Communications(自然通讯)(Hidden Amorphous Phase and Reentrant Supercooled Liquid in Pd-Ni-P Metallic Glasses. Nature Communications, 8, 14679. DOI10.1038/NCOMMS14679.)。期刊编辑指出:“以钯--磷玻璃为原型的非晶合金中远低于结晶温度下出现的热力学异常放热峰困扰了该领域逾四十多年。该文章的作者通过利用同步辐射高能X-射线和中子散射,为该异常放热峰对应的非晶多型性相变提供了直接证据,发现相变过程短程有序结构变化非常小,而中程有序尺度结构变化显著。”

这一研究揭示了非晶合金中的一种新型隐藏非晶相。该研究发现钯--磷非晶合金加热升温过程中的异常放热峰伴随着非晶态相转变,当合金加热到玻璃转变温度以上时,普通的非晶相会先转变为另一个具有更高有序度的隐藏非晶液相,而后在更高的温度下重新转变为最初的非晶相。这一相变过程中非晶的短程有序结构并无明显变化,然而中程有序结构发生了显著变化。该研究揭示的液态相变点位于玻璃转变温度以上、晶化温度以下,对应明显的异常放热现象。基于此建立的非晶合金相图可以使研究者通过传统的热处理方法来调控非晶合金原子乃至纳米尺度的结构,从而调控合金的性能。类似的奇异放热现象通常与高的非晶形成能力联系在一起,因此该研究成果对于开发具有优异非晶形成能力的合金体系及其结构-性能调控等都具有重要意义。



左图:具有隐藏非晶相和奇异放热现象的典型非晶合金(又称金属玻璃或液态金属)。右图:钯--磷非晶合金准二元相图及升温过程非晶态相变顺序示意图。

通过国际合作,格莱特研究所与美国阿贡国家实验室先进光源中心、澳洲中子源等大型科学装置建立了长期的合作关系,获得了这些大科学装置的使用权限和免费机时资源,为接下来我校在先进材料领域使用这些大型科学装置进行深度国际合作奠定了基础。

此次兰司与领域内国际专家合作突破非晶领域逾四十年的难题,是格莱特研究所正在取得研究进展的一个印证。成立四年多来,格莱特研究所先后获得江苏省创新团队、江苏高校协同创新中心、教育部和国家外专局111引智基地、国家级国际联合研究中心、国家自然科学基金委国际合作重点项目等资助,沿着“引团队—搭平台—立项目—攻难题”的道路一步一个脚印,稳步前行。

原文链接:http://www.nature.com/articles/ncomms14679

  


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